Bioquímica - Vias de transmissão de sinais

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bioquímica 
vias de transmissão de sinais 
 
TRANSMISSÃO DE SINAIS: cadeia de eventos que 
transforma a mensagem de que uma molécula está 
presente acima da concentração limiar na resposta 
fisiológica final 
As vias de transdução de sinais afetam muitas vias 
metabólicas 
As vias seguem um curso semelhante, que pode ser 
considerado um CIRCUITO MOLECULAR 
 
Etapas fundamentais do circuito: 
1. liberação da molécula de sinalização, denominada 
primeiro mensageiro 
2. recepção do primeiro mensageiro →	as proteínas 
de membrana atuam como receptores, que 
transferem a informação do ligante para o interior 
da célula, através de mudanças estruturais no lado 
intracelular 
3. moléculas pequenas, os segundos mensageiros, 
são utilizados para retransmitir a informação, 
mediando a etapa seguinte no circuito de 
informação molecular 
4. ativar as bombas, os canais, as enzimas e os fatores 
de transcrição que controlam diretamente as vias 
metabólicas, a expressão gênica e a 
permeabilidade da membrana 
5. terminação do sinal, ou a célula perderá a 
capacidade de responder a novos sinais 
 
Consequências dos segundos mensageiros: 
↪	o sinal pode ser amplificado significamente com uma 
baixa concentração de sinal no ambiente, pois cada 
complexo ligante-receptor pode gerar muitos 
segundos mensageiros 
 
Proteínas G 
A sinalização começa com a ligação do ligante a uma 
proteína denominada receptor beta-adrenérgico (b-AR) 
O b-AR é membro da maior classe de receptores de 
superfície →	 receptores com sete hélices 
transmembrânicas (7TM) 
Esses receptores contêm sete hélices que atravessam 
a bicamada da membrana de um lado ao outro →	
receptores serpentinos 
A ligação de um ligante do lado extracelular induz um 
rearranjo estrutural na parte do 7TM que está dentro 
da célula 
 
 
 
A mudança conformacional ativa a proteína G, em 
virtude de sua ligação a guanil nucleotídeos 
A proteína G ativada estimula a atividade da adenilato 
ciclase, enzima que catalisa a conversão do ATP em 
cAMP 
O cAMP pode percorrer toda a célula transportando o 
sinal originalmente produzido pela ligação do ligante 
 
PAPEL DA PROTEÍNA G 
•	 em seu estado inativado, ela existe como um 
heterotrímero, constituído de subunidades a, b e g 
•	a proteína G está ligada ao GDP pela subunidade a 
(Ga), que se liga ao nucleotídeo 
•	o papel do receptor ligado ao hormônio (epinefrina / 
adrenalina) consiste em catalisar a troca de GTP pelo 
GDP ligado 
•	 o complexo hormônio-receptor interage com a 
proteína G e abre o sítio de ligação do nucleotídeo, de 
modo que o GTP na célula possa deslocar o GDP 
•	Ga dissocia-se de Gbg transmitindo o sinal de que o 
receptor está com o ligante 
•	centenas de Ga são convertidas para sua forma com 
GTP para cada ligante 
•	7TM →	receptores acoplados à proteína G (GPCR) 
•	na forma com o GTP, o novo parceiro de ligação da 
Ga é a adenilato ciclase 
•	 essa interação favorece uma conformação 
cataliticamente mais ativa da enzima, estimulando a 
produção de cAMP 
•	a produção fornece um segundo nível de ampliação 
(+ ATP ↝	cAMP) 
 
 
 
 
AÇÃO DO cAMP 
•	 no músculo, estimula a produção de ATP para 
contração muscular 
•	 aumenta a degradação de substratos energéticos 
armazenados 
•	aumenta a secreção de ácido pela mucosa gástrica 
•	 os efeitos do cAMP nas células eucarióticas são 
mediados pela ativação da PKA 
•	a PKA é constituída de 2 cadeias regulatórias e 2 
catalíticas 
•	a ligação do cAMP às cadeias regulatórias libera as 
cadeias catalíticas, que são ativas por si só 
•	PKA ativada fosforila resíduos específicos de serina e 
treonina em muitos alvos 
 
As subunidades Ga exibem atividade de GTPase, para 
hidrolisar o GTP a GDP e Pi 
O GTP ligado atua como relógio integrante, que 
restabelece espontaneamente a subunidade Ga depois 
de um período de tempo curto 
O hormônio se dissocia, de modo que o receptor 
retorna a seu estado inicial inativado 
A cascata de sinalização iniciada pelo complexo ativa 
uma quinase, que fosforila os resíduos de serina e 
treonina na cauda carboxiterminal do receptor →	
desativação 
 
CASCATA DE FOSFOINOSITÍDIO 
•	mensageiros intracelulares surgem da clivagem do 
PIP2 
•	via desencadeada pelo receptor de angiotensina II 
•	o receptor ativa uma proteína G denominada Gaq 
•	em sua forma com GTP, a Gaq liga-se à isoforma b 
da enzima fosfolipase C e a ativa 
•	a enzima catalisa a clivagem de PIP2 em 2 segundos 
mensageiros: IP3 e DAG 
•	o IP3 é solúvel e difunde-se para longe da membrana 
 ↪	liberação rápida de Ca2+ das reservas no retículo 
endoplasmático 
 ↪	 possibilita o fluxo de Ca2+ do retículo 
endoplasmático para o citoplasma 
 ↪	 desencadeia: contração do músculo liso, 
degradação do glicogênio, liberação de vesículas 
•	o DAG permanece na membrana plasmática 
 ↪	ativa a proteína quinase C (PKA) 
 
 
 
ÍONS CÁLCIO 
•	no estado de equilíbrio, os níveis intracelulares de Ca2+ 
são mantidos baixos 
•	 aumentos transitórios da concentração de Ca2+ 
podem ser rapidamente percebidos 
•	capacidade de se ligar firmemente às proteínas e 
induzir rearranjos espaciais 
•	em concentrações citoplasmáticas acima de 500nM, 
o Ca2+ liga-se à calmodulina e a ativa 
•	calmodulina →	proteína com mão EF 
•	 a ligação induz mudanças conformacionais 
substanciais nas mãos EF, expondo superfícies 
hidrofóbicas que podem ser utilizadas para a ligação de 
outras proteínas 
•	 a calmodulina fecha-se ao redor de regiões 
específicas de proteínas-alvo, expondo as a-hélices 
com grupos hidrofóbicos e com carga apropriadamente 
posicionados 
•	um conjunto de alvos: proteínas quinase dependentes 
de calmodulina 
•	regulam o metabolismo energético, a permeabilidade 
a íons e a síntese e liberação de neurotransmissores 
 
Receptores tirosina-cinases 
Insulina →	desencadeia uma via iniciada por receptores 
que incluem proteína quinases como parte de suas 
estruturas 
O receptor de insulina é um dímero constituído de 2 
unidades, cada uma com uma cadeia a (fora da célula) 
e uma b (dentro da célula) 
A aproximação das unidades na presença da insulina 
desencadeia a via de sinalização 
A tirosina quinase do receptor catalisa a transferência 
de um grupo fosforila do ATP para um grupo hidroxila 
da tirosina 
Essa quinase encontra-se em uma conformação inativa 
quando o domínio não está modificado de modo 
covalente 
À medida que se aproximam, a alça de ativação flexível 
de uma subunidade de quinase é capaz de se encaixar 
no sítio ativo da outra subunidade de quinase 
Catalisam a fosforilação de resíduos de Tyr nas alças 
de ativação →	mudança conformacional notável 
Outros sítios dentro do receptor são fosforilados, que 
atuam como sítios de ancoragem para outros 
substratos, como o IRS 
O IRS contém um domínio de homologia à plecstrina e 
um domínio de ligação de fosfotirosina →	atuam para 
ancorar IRS ao receptor de insulina e à membrana 
associada 
As IRS podem atuar como proteínas adaptadoras →	
fixar componentes distais 
Resíduos de P-Tyr →	domínios de homologia Src 2 (SH 
2) da PI3K 
A PI3K ativa a PDK1, que fosforila e ativa outra proteína 
quinase, Akt 
A Akt move-se através da célula para fosforilar alvos 
que incluem componentes que controlam o tráfego do 
receptor de glicose GLUT 4 à superfície da célula, bem 
como enzimas que estimulam a síntese de glicogênio 
Na sinalização da insulina, são necessárias 3 classes de 
enzimas para interromper a via: 
 ↪	proteínas tirosina fosfatases: removem grupos 
fosforila do receptor e da IRS 
 ↪	lipídeos fosfatases: hidrolisam PIP3 e PIP2 
 ↪	serina fosfatases: removem grupos fosforila da 
Akt 
 
 
 
Canais iônicos 
Certas células são capazes de detectar um sinal 
externo, convertê-lo em um sinal elétrico e passá-lo 
adiante 
Canais iônicos: transdutores de sinais que fornecem 
uma rota regulada para o movimento de íons 
inorgânicos através da membrana plasmática em 
resposta a vários estímulos 
O fluxo dos íons por um canal causa uma redistribuição 
de cargas nos dois lados da membrana →	despolariza a 
membrana 
No mecanismode sinalização no sistema nervoso, são 
essenciais 3 tipos de canais iônicos 
1. CANAIS DE Na+: ao longo de todo o 
comprimento do axônio, se abrem 
brevemente quando a membrana é 
despolarizada localmente em resposta à 
acetilcolina 
2. CANAIS DE K+: distribuídos ao longo do axônio, 
se abrem em resposta à despolarização 
quando os canais de Na+ se abrem 
3. CANAIS DE Ca2+: extremidade distal do axônio, 
se abrem quando chega a onda de 
despolarização e repolarização, 
desencadeando a liberação da acetilcolina, que 
transmite o sinal para outro neurônio ou para 
uma fibra muscular 
Um canal de Na+ passa por uma inativação 
extremamente rápida 
A entrada de K+ repolariza localmente a membrana 
Um curto pulso de despolarização viaja pelo axônio 
conforme a despolarização localizada desencadeia a 
breve abertura dos canais de Na+, e posteriormente 
dos canais de K+ 
Quando a onda de despolarização atinge os canais de 
Ca2+, eles se abrem e o Ca2+ entra a partir do espaço 
extracelular 
↑	[Ca2+] = liberação da acetilcolina para dentro da fenda 
sináptica por exocitose 
O canal iônico, então, transmite o sinal elétrico pela 
variação da concentração citoplasmática de um íon 
(como o Ca2+), que atua como segundo mensageiro